机器人自动钻铆末端执行器设计
1. 引言
1.1 研究目的与意义
1.1.1 飞机装配技术的变革
- 飞机装配中，传统的手动钻孔和铆接方式耗时耗力，且容易出错。
- 自动钻铆技术可以提高装配效率，减少人为错误，提高装配质量。
1.1.2 自动钻铆技术的优势
- 自动钻铆技术可以实现高精度、高效率的装配作业。
- 该技术可以减轻操作人员的劳动强度，提高工作场所的舒适度。
- 自动钻铆技术可以确保钻孔和铆接的准确性和一致性，减少人为因素对工艺的影响。
1.2 国内外现状
1.2.1 国外研究及应用现状
- 美国、德国、日本等国家在自动钻铆技术的研究和应用方面处于领先地位。
- 这些国家拥有强大的制造和研发能力，投入了大量的资金和人力来推动自动钻铆技术的发展。
1.2.2 国内研究及应用现状
- 我国在自动钻铆技术的研究和应用方面起步较晚，但近年来也取得了一定的进展。
- 随着技术进步和产业转型，自动钻铆技术在更多领域具有巨大潜力。
1.3 本文研究内容
- 本文旨在设计一款自动钻铆末端执行器，以满足飞机装配中的钻孔和铆接需求。
- 通过对自动钻铆技术的学习和研究，结合实际情况，设计出适用于飞机装配的自动钻铆末端执行器。
2. 末端执行器总体方案设计
2.1 末端执行器设计要求
2.1.1 相关设备
- 考察了国内外多种末端执行器，包括悬挂式和同轴式连接末端执行器。
- 悬挂式连接末端执行器具有灵活性、自动化、节省空间等优点，但也有昂贵、技术要求高等缺点。
- 同轴式连接末端执行器具有高精度、稳定性强、适用性广等优点，但也有昂贵、复杂性等缺点。
2.1.2 执行器设计指标与要求
- 根据飞机机翼壁板铆接的技术指标，提出以下要求：
- 制孔法向精度：<0.5度
- 制孔位置精度：<0.2mm
- 制孔范围：1500800150mm
- 加工材料：铝合金、钛合金
- 钻头最大切削力：800N
- 钻头最大轴向力：500N
- 制孔精度：H9
- 加工厚度：0-20mm
- 可使用紧固件：盲铆钉
- 可提供拉铆力：5000N
- 加工速率：4个/分
2.2 末端执行器设计方案
2.2.1 第一种方案设计
- 箱体式末端执行器，由法兰、箱体、铆接部分、钻孔部分、传动结构部分组成。
- 法兰盘与机械臂连接悬挂起整个执行器。
- 箱体起支撑与固定作用，支撑整体执行器不变形并且将各部件固定在箱体上。
- 铆接部分由电机驱动进行铆接工作。
- 钻孔部分由电机驱动，刀具为钻铰锪一体刀具，进行组合加工。
- 传动结构主要是丝杠组成，负责进给横移运动。
2.2.2 第二种方案设计
- 回转式可拆卸模块化末端执行器，由钻孔模块、铆接模块、驱动机构、箱体组成。
- 箱体可360度旋转，可带动各个执行器模块旋转并进行各个执行工作。
- 整体电力驱动。
- 在执行器箱体上的模块可拆卸，并由锁紧销固定，由后背空箱处固定操作，各执行器内部带有电机与驱动结构，电力由后被空箱处输入。
- 工作时，由机械臂带到需加工地点，旋转箱体将需执行一端面向工件，模块驱动结构开始运转，将工作任务完成。
2.2.3 执行器方案对比
- 第一种执行器体积较大，在执行钻孔距离大的工序时，需要就机械臂重复定位，导致精度低，又因为其体积大，在对一些工作表面复杂的工件加工时较为困难。
- 第二种执行器相较于第一种体积小，由于加工时箱体可自行旋转，不需要重复定位，精度高。由于体积小常用于工作便面复杂的工件，执行工序简单，工作量小。
2.3 执行器结构设计
2.3.1 铆接模块设计
- 铆接模块设计需考虑功能需求、紧凑的工作空间、铆钉数量多、设备的定位精度高等因素。
- 合理设计包含的功能模块，力求设计紧凑。
- 应具有较高的反应速度。
- 铆接结构主要完成铆钉的铆接过程，主要由箱体、铆接头、法兰、电机、连接结构组成。
- 铆接步骤：舱口盖的侧壁板和托盘螺母用铆钉固定在一起。
3. 末端执行器力学分析
3.1 丝杠强度分析
- 丝杠作为执行器中的关键传动部件，其强度直接影响到执行器的性能和寿命。
- 在设计过程中，需要对丝杠进行强度分析，确保其在工作中不会出现疲劳断裂或过度磨损。
3.2 钻铆过程变形量分析
- 在钻铆过程中，工件和执行器都会受到一定的力，从而产生变形。
- 通过对钻铆过程的力学分析，可以了解工件和执行器的变形情况，从而对执行器的设计进行优化。
4. 总结与展望
4.1 研究工作过程与总结
- 在研究过程中，通过深入学习和研究自动钻铆技术，结合实际情况，设计出适用于飞机装配的自动钻铆末端执行器。
- 在设计过程中，充分考虑了执行器的功能需求、工作空间、定位精度等因素，力求设计出性能优良、结构紧凑的执行器。
4.2 展望
- 随着技术的不断进步，自动钻铆技术在飞机装配中的应用将越来越广泛。
- 未来，可以进一步研究自动钻铆技术在更多领域的应用，如汽车制造、船舶制造等。
- 同时，可以加强对自动钻铆技术的智能化研究，提高其智能化水平和适应性。
